摘 要

随着石油资源短缺和全球气候变暖情况越来越严重，低碳、环保、无污染已经成为全世界经济发展的大前提。电动汽车的推广使与之相关的产业——微电网汽车充电站也开始迅速发展。正因如此，对充电站中电能的质量和稳定的控制显得尤为重要，既有利于微电网对吸收可再生能源转化为电能质量的控制，也能实现汽车充电站与微电网的互动技术，这对新能源汽车充电站的运行和低碳理念的实现具有重要意义。本文内容主要包括设计微电网充电站对应的全局实时控制装置来检测充电站在有无实时控制装置是将充电站并网运行时全天功率因数和孤岛运行时稳定性进行对比。

论文通过了解国内外微电网充电站的发展现状与不足后，主要研究了光储配微电网充电站全局实时控制装置的整体结构设计以及对装置的芯片选择、CAN/485电路、外扩以太网电路等功能模块的硬件设计；实时控制装置并网运行和孤岛运行时对功率、功率因数、电压和频率稳定性等功能的控制软件设计，并对该装置的实用性进行仿真实验，通过对比充电站设置和未设置实时控制装置电能的功率、电压、以及频率的稳定性来研究全局实时控制装置的可靠性。

研究结果表明：所设计的光储配微电网充电站全局实时控制装置对微电网充电站孤岛运行实时控制，频率控制，电压控制，电压、频率稳定控制。

本文的特色：结合新能源微电网系统的现状和需求状况进行分析，并对其主电路和关键控制技术入手进行研究突破，通过对全局实时控制装置及其主电路的仿真研究证明其对微电网的功率控制及孤岛控制上网效果良好。

关键词：微电网充电站；实时控制装置；并网运行与孤岛运行；硬件软件设计；

Abstract

With the shortage of oil and the increasing global warming, low carbon, environmental protection and pollution have become the prerequisite for economic development in the world. The promotion of electric cars has led to a rapid expansion of the industry, which is also known as microgrid car charging stations. Because of this, the control of power quality and stability in the charging station is particularly important, both is advantageous to the micro grid to absorb the renewable energy into electrical energy quality control, also can realize the interaction between automobile charging stations and micro grid technology, the new energy automobile charging station running and the realization of the low carbon concept is of great significance. Main content in this paper, the design of power grid charging station global real-time control device to detect the corresponding charging stations in the presence of real time control device is charging station grid runtime throughout the island runtime power factor and stability were compared.

This paper mainly studied Based on insufficient understanding of the present situation and the development of micro power grid charging stations at home and abroad, the main storage with the light on the micro grid charging station global chip selection, real time control device CAN / 485, outside enlarge Ethernet circuit module of hardware design and real-time control unit parallel operation and island runtime to power, power factor, voltage and frequency stability, and other functions of control software design, and practical simulation experiment of this device, by comparing the charging stations set up and is not set for real-time control of electricity power, voltage, frequency and to study the stability of the global reliability of real-time control device.

The results show that the designed optical storage with micro grid charging station global real-time control device for charging island running real-time control, micro power grid frequency control, voltage control, voltage, frequency stability control.

Features of this paper: combination of the current situation of new energy micro grid system and demand is analyzed, and the main circuit and the key to study the control technology of breakthrough, through the global real-time control device and its main circuit simulation results prove that the power of micro grid control and island control effect is good.

Key Words：Microgrid charging station; Real-time control device; Network operation and isolated island operation; Hardware software design;

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景及意义 1

1.2微电网充电站实时控制装置发展现状 2

1.2.1直流多能微电网与交流多能微电网介绍 3

1.2.2 微电网控制装置介绍 4

1.3多能微电网的特点 5

1.4课题研究内容 6

第2章 全局实时控制装置功能模块设计 7

2.1 微电网充电站结构 7

2.1.1 微电网充电站网络结构 7

2.1.2 站控层和网络间隔层通信 8

2.2全局实时控制装置设计 9

2.3全局实时控制装置芯片选择 10

2.4 本章小结 10

第3章 全局实时控制装置硬件设计 11

3.1 stm32处理器设计 11

3.1.1芯片特性 11

3.1.2 STM32F103ZET6的硬件结构 12

3.1.3 STM32F103ZET6的最小系统 14

3.2 电路板电源模块设计 14

3.3 电路板功能模块设计 15

3.3.1 RS485接口模块和CAN模块 15

3.3.2 显示屏模块 18

3.3.3 扩展以太网接口电路 19

3.4 本章小结 20

第4章 全局实时控制装置联网运行与孤岛运行设计 21

4.1联网运行实时控制 21

4.1.1联络线功率因数控制 21

4.1.2有功功率控制 22

4.2孤岛运行实时控制 23

4.2.1运行方式 23

4.2.2频率控制 24

4.2.3电压控制 25

4.2.4电压、频率稳定控制 25

4.3 IEC61850 通讯协议 26

4.4 本章小结 26

第5章 结果与分析 27

第6章 总结与展望 31

6.1 全文总结 31

6.2 展望 31

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

在新世纪，能源危机已经成为目前最热门的话题，它的出现让人们不得不去寻找新的型能源来代替目前有限的矿石能源资源。与此同时，各大汽车生产商也因此将目光转到了新型能源上。新能源电动车的发展必将带动与其有配套设备设施的发展，新能源汽车充电站便是其中之一。在这之中，控制装置显得尤为重要，可以说这也是带动重构电站发展的关键点，只有充电站能够满足电动车随时随地充电的需求，才可以推动电动车的大量普及。

采用科学的手段在电动汽车的停靠区域设置与新能源电动车配套的公用光伏充电设施。这样才能促进电动车的普及推广，同时，也会给新能源汽车充电站带来巨大的发展空间^[1]。

光储配微电网电动汽车充电站全局实时控制装置的作用是从网络获取站内的所有信息，采用IEC61850标准规约，具有模拟量以SV报文形式传递，控制命令和信号量以GOOSE报文传递，其他信息采用MMS报文形式传递，具有联网运行实时控制，孤岛运行实时控制。

1.1课题研究的背景及意义

新能源汽车在节能减排、减少传统石油能源的使用和依赖等方面具备过去传统汽车巨大的优势。随着未来电动汽车的普及，实现真正意义上的环保，最直接的方式就是建立电动汽车充放电站与可再生能源发电系统的关网。因此全局实时控制系统在微电网充电站的运行控制过程中具有更为重要的作用，对于电网的输电质量、电网中电压稳定以及供电可靠性都有很大提升。光储配微电网充电站全局控制装置的运行模式，既有利于微电网对吸收可再生能源转化为电能质量的控制，又能很好实现汽车充电站与光储微电网的互动技术，这对新能源汽车充电站的运行和低碳理念的实现具有重要意义^[1]。

（1）全局实时控制装置可以有效提高光储配微电网充电站运行时的安全性和可靠性，有利于微电网电力系统电能质量。目前，全局实时控制装置是整个光储配微电网充电站电网运行控制系统的核心，实时控制在该设备中得以实现。微电网实时控制装置的任务是综合分布式电源发电量、电网负荷、开关信息等负荷和历史数据状态数据、历史发电量等各种信息，根据实时控制装置的控制目标，选择相应的实时控制策略。